научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ РОГОЛИСТНИКОМ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ПЛАНКТОННЫХ РАКООБРАЗНЫХ: ВЛИЯНИЕ НА ОБИЛИЕ DAPHNIA Биология

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ РОГОЛИСТНИКОМ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ПЛАНКТОННЫХ РАКООБРАЗНЫХ: ВЛИЯНИЕ НА ОБИЛИЕ DAPHNIA»

БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2014, № 2, с. 22-30

УДК 574.583+581.526.3

ИЗМЕНЕНИЕ РОГОЛИСТНИКОМ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ ПЛАНКТОННЫХ РАКООБРАЗНЫХ: ВЛИЯНИЕ НА ОБИЛИЕ Daphnia

© 2014 г. С. А. Курбатова, И. Ю. Ершов, Н. А. Лаптева, Е. В. Борисовская

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: kurb@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 23.01.2013 г.

Исследовано влияние погруженного гидрофита Ceratophyllum demersum L. на численность и биомассу Daphnia longispina O.F. Müller. В эксперименте показано, что гидрохимические характеристики среды в зарослях исследуемого растения не выходят за пределы толерантности D. longispina. В присутствии роголистника в воде увеличивались концентрации фосфатов, хлорофилла а и биомасса бактерий. Непосредственно среди растений происходило подавление развития дафний, обусловленное ограничением движения рачков. В среде, содержащей только метаболиты Ceratophyllum demersum, обилие Daphnia longispina возрастало вследствие обогащения кормовой базы.

Ключевые слова: погруженные гидрофиты, планктонные ракообразные, Ceratophyllum demersum, Daphnia longispina.

DOI: 10.7868/S0320965214020089

ВВЕДЕНИЕ

Пелагические виды С1аёоеега редко обнаруживаются среди высших водных растений. Для этих ракообразных описывают поведение "избегания зарослей" [13]. Однако при угрозе выедания хищниками планктонные рачки (в частности БарНта) укрываются среди гидрофитов, что характерно по крайней мере для мелководных водоемов умеренной зоны [27, 30, 31]. В ряде случаев дафнии предпочитают находиться среди растений и в отсутствие рыб [22] или их количество одинаково в заросшей и открытой частях водоема [16].

Средообразующая роль гидрофитов еще не вполне ясна. Экспериментальные работы показывают, что причины избегания пелагическими рачками зарослей могут быть механическими и химическими [24, 32]. Механические обусловлены различиями в пространственной организации отдельных видов водных растений, а также плотностью зарослей и ведут к ограничению движения и значительным энергетическим тратам на него [19]. Химическими причинами считают выделение растениями аллелопатических или ре-пеллентных веществ [17, 24, 26]. Иногда исследователи не обнаруживают угнетающего действия гидрофитов на ракообразных [18].

Цель работы — определить влияние пространственной структуры среды обитания, гидрохимических и гидробиологических условий, создаваемых роголистником Сега1орНу11ит demersum Ь.,

на количественное развитие Daphnia longispina

0.F. Müller.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведены два эксперимента, каждый длительностью 1 мес (07.VII-07.VIII 2009 г. и 01.VII-

01.VIII 2011 г.). В трехлитровые сосуды заливали речную воду, отфильтрованную через мельничный газ с ячеей 64 мкм. Сосуды сверху затягивали сеткой. Для предотвращения резких суточных перепадов температуры сосуды помещали в лоток, заполненный водой, который в свою очередь стоял в бассейне с водой при естественном освещении. Во все опытные емкости сажали отловленных из пруда дафний (Daphnia longispina O.F. Müller) по 30 экз./л. Рачки питались за счет водорослей и микроорганизмов, которые попадали в сосуды первоначально с речной водой и развивались там в течение эксперимента. Дополнительно корм не вносили.

Имитировали плотные заросли роголистника (Ceratophyllum demersum L.), поскольку в мелководных озерах роголистник способен занимать всю толщу водоема [7]. При благоприятных условиях его биомасса может быть значительной (12— 24 г/л) [4].

В первом контрольном варианте (C) эксперимента I не было растений и их метаболитов. В сосуды второго варианта (Cer) помещали роголистник в фазе цветения (20 г сырой массы на 1 л), сосуды третьего варианта (WCer) наполняли водой,

в которой ранее в течение 3 сут содержали роголистник. Для получения этой воды поставили еще один ряд емкостей с растениями той же плотности, как и во втором варианте, но без дафний. Чтобы обеспечить постоянное поступление метаболитов роголистника, воду меняли каждые 3 сут. Варианты выполняли в трех повторностях. Численность и биомассу дафний оценивали в конце эксперимента. Дополнительно для определения динамики численности дафний в присутствии растений в три сосуда помещали роголистник и дафний в том же количестве, как и в основном эксперименте. Подсчитывали численность рачков на 3, 7 и 14-е сутки.

В эксперименте II использовали меньшее количество роголистника (15 г сырой массы на 1 л). Воду меняли во всех вариантах опыта 2 раза в неделю. Для этого "сменную" воду для варианта ^Сег получали так же, как и в эксперименте I, выдерживая ее в емкостях с роголистником, для вариантов С и Сег — в сосудах без растений. В течение всего эксперимента между опытными и дополнительными емкостями циркулировала одна и та же вода. Из каждого опытного сосуда с дафниями воду осторожно сливали через сито в пустое ведро, оставляя ~200 мл. Затем доливали воду из дополнительной емкости до объема 3 л. Воду из ведра переливали в освободившуюся дополнительную емкость, где она стояла 0.5 нед и затем снова обменивалась с водой из опытной емкости, содержащей дафний.

Перед сменой воды в сосудах (в 9 ч) измеряли температуру, рН и содержание О2. Для оценки влияния дыхания роголистника на содержание растворенного О2 1 раз за опыт измеряли концентрацию О2 в воде в варианте Сег в ночные и утренние часы (в 23 ч, в 2 ч 30 мин и в 6 ч).

Еженедельно определяли общую минерализацию воды по методике [14], концентрацию основных катионов (№+, К+, Са2+, М§2+) — с помощью пламенного фотометра Р1арИо-4 и атомно-абсорбционного спектрофотометра AAS-1, орто-фосфатов — колориметрическим методом [1], хлорофилла а — спектрофотометрическим методом [11]. Общую численность бактерий подсчитывали с использованием метода эпифлуорес-центной микроскопии с флуорохромом ДАФИ [29]. Пробы воды фильтровали через ядерные фильтры с диаметром пор 0.17 мкм (г. Дубна). Под микроскопом Люмам-1 при увеличении х1000 просматривали 10 полей зрения. Биомассу бактерий вычисляли на основании размеров различных групп клеток, измеренных с помощью окулярной линейки. Величину клеток определяли по формулам объема шара и цилиндра. Удельную массу бактерий принимали равной 1.06 [6].

Для измеренных показателей в каждом варианте рассчитывали среднее значение (М), стан-

дартную ошибку ^Е) и доверительный интервал. Связь между определяемыми параметрами оценивали с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Характеристики среды обитания дафний близки в вариантах Сег и ^Сег, но отличались от контрольных: увеличивались значения рН (рис. 1а) и дневная концентрация О2 (рис. 1б). Через 3 нед опыта произошло некоторое повышение температуры воды (рис. 1в). В экспериментальных емкостях с роголистником концентрация О2 в темное время суток снижалась вдвое. В 23 ч она составила 4.8 ± 0.35 мг/л (М ± SE), в 2 ч 30 мин 4.1 ± ± 0.2 мг/л и в 6 ч 3.7 ± 0.1 мг/л.

В среде с роголистником (варианты Сег и ^Сег) увеличивалась концентрация одновалентных катионов (рис. 2а и 2б) и уменьшалось содержание двухвалентных (рис. 2в и 2г), а также увеличивалась концентрация фосфатов (рис. 2д). Наименьшие значения общей минерализации воды в течение всего эксперимента регистрировали непосредственно среди растений (Сег) (рис. 2е).

Через трое суток от начала эксперимента во всех трех вариантах отмечали снижение содержания хлорофилла а. Это, по-видимому, обусловлено выеданием водорослей дафниями, численность которых еще была высока и мало различалась по вариантам. В последующем в варианте Сег концентрация фосфатов и содержание хлорофилла значительно превосходили таковые в двух других вариантах (см. таблицу). Численность и биомасса бактерий среди растений (Сег) претерпевали более резкие перепады значений, чем в вариантах С и ^Сег (см. таблицу). В контроле наибольшую численность микроорганизмов отмечали в первые 10 сут эксперимента, затем она снизилась вдвое. Аналогичные изменения происходили в варианте ^Сег. Максимальную биомассу бактерий наблюдали в контроле в конце опыта (на 32-е сутки), в варианте ^Сег — на 4-е сутки и в конце опыта, в варианте Сег — на 11 и 25-е сутки. Это обусловлено сменой морфологических форм и увеличением размеров их клеток. Для вариантов с роголистником характерно развитие спирилл. Средняя за период наблюдений численность бактерий мало различалась по вариантам (С — 4.8 млн кл./мл, ^Сег — 4.3, Сег — 4.6). Средняя биомасса была несколько выше среди роголистника (Сег — 0.6 мкг/л, ^Сег - 0.5, С - 0.4).

В первом эксперименте в плотных зарослях роголистника (вариант Сег) через 1 мес живых рачков Баркта longispina не обнаружили (рис. 3а). Дополнительный опыт показал быстрое снижение численности дафний в присутствии роголистника. Через 3 сут из первоначально посаженных в трех-

Рис. 1. Характеристики среды: а — рН, б — О2, в — температура; 1—3 — варианты С, Сег, "МСег соответственно. Указаны доверительные интервалы.

литровый сосуд 90 экз. рачков осталось 67, через 7 сут — 34, через 14 сут — 1 экз.

Вода, в которой предварительно содержали роголистник (вариант ^Сег), оказалась более благоприятной для развития дафний, чем речная. Здесь значения численности и биомассы Б. 1ощ-ispina через 1 мес наблюдений на порядок превосходили контрольные (рис. 3а и 3в). Во втором эксперименте со сменой воды в каждом варианте и меньшей плотностью растений количество даф-

ний среди роголистника было минимальным по сравнению с таковым остальных вариантов (рис. 3б и 3г). В контроле средняя численность и биомасса Б. longispina были выше, чем в опыте, но различия между вариантами С и Сег оказались недостоверными. Как и в первом эксперименте, дафнии достигали наибольшего обилия в воде, содержащей метаболиты гидрофита. В обоих экспериментах средний размер рачков в варианте ^Сег был несколько меньше, чем в контроле из-за большего количества молоди (рис. 3д и 3е).

мг/л

4.5

4.0

мг/л

_|_I_I_I

40

30

мкгР/л 200 г

100

мг/л

100

94

11 VII

18

25

1

VIII

11 18 25 1 VII VIII Дата

Рис. 2. Изменение концентрации: а — Ка+, б — К+, в — Са2+,

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком